钛合金平衡肘锻造过程模拟及工艺优化

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1、南昌航空大学硕士学位论文第1章绪论舶制造业；二十世纪八十年代以来，国内外学者主要致力于耐热钛合金和高强钛合金的开发，钛合金进一步向高强、高韧、高塑、高弹性模量以及高损伤容限方向发展[22,23]。我国钛合金工业虽起步较晚，在钛合金品种、质量、规格等方面与发达国家存在一定的差距，但经过多年的努力，我国研究的钛合金品种也已达50多种[24-27]。1.2钛合金的分类及特点根据麦克格维伦于1956年提出的，按照退火态相组成进行分类，可将钛合金划分为型（TA），型(TC)，型(TB)钛合金。近五十年来，随着钛合金研究与应用的快速发展，原有钛合金分类方法的局限性愈加明显，按照亚稳组织

2、相组成进行分类更为适宜。根据钛合金从相区淬火后的相组成与稳定元素含量，可将钛合金划分以下类型：型钛合金；近型钛合金；马氏体型钛合金；近型钛合金；型钛合金[23,28,29]（1）型钛合金以钛作为基体的单相固溶体合金，其合金元素主要是由稳定元素或中性元素。型钛合金具有组织稳定，蠕变性能、热稳定性和抗腐蚀性能好等优点，但不能热处理强化，强度一般较低。（2）近型钛合金在型钛合金中只含有少量的（少于2%）稳定元素，其中Mo当量小于2.5。这类钛合金的退火组织为相和少量的稳定相。近型钛合金具有较高的强度，工艺塑性良好。（3）马氏体型钛合金退火组织

3、为相，其Mo当量为2.5~10，室温状态下含有5%~25%的相。此类钛合金具有良好的加工性能，在中等温度下的耐热性也较好，但组织的不稳定性及焊接性能较差。（4）近型钛合金该类钛合金在室温状态下尚存在相，其含量约为25%~50%，Mo当量大约在10~15之间。近钛合金具有较高的弹性模量、较高的强度、良好的断裂韧性，主要应用于飞机起落架等大型承力构件的制造。（5）型钛合金3万方数据南昌航空大学硕士学位论文第1章绪论型钛合金含稳定元素较多（>17%），Mo当量一般在15以上。型钛合金具有良好的热处理性能、变形加工性能和淬透性。但其高温组织不够稳定，焊接性能和耐热性较差

4、。1.3α+β钛合金的微观组织与性能1.3.1热处理及对其组织和性能的影响钛合金组织具有多样性，在不同的加热、冷却条件下，会出现各种复杂相变，得到不同组织。α+β型钛合金的热处理主要有退火（普通退火，双重退火）、固溶+时效和淬火+时效等[23,29]退火是钛合金热处理时采用较多的方式。常用钛合金的各种方式退火的加热温度范围如图1.1所示。图1.1钛合金的各种方式退火温度范围α+β型钛合金应用较为普遍的是在α+β相区进行的退火，称为α+β退火。从图1.1可以看出，退火温度范围随β稳定元素含量的增加而降低，退火保温时间主要决定于锻件的截面尺寸。钛合金淬火+时效的主要特征是：淬火过程中发生

5、马氏体相变，使得合金韧性增强，塑性提高，强度下降；时效过程中，由于亚稳定相的分解以及生成了中间相，导致了钛合金的强度和硬度有所升高，而塑性下降，韧性降低。形成的亚稳定相在时效过程中发生分解，可以获得弥散分布的α+β相，具有弥散强化效应。4万方数据南昌航空大学硕士学位论文第1章绪论1.3.2α+β型钛合金的组织的分类α+β型钛合金的组织可分为四类：即魏氏组织、网篮组织、混合组织和等轴组织（如图1.2所示）[26,30,31]。第一类：魏氏组织。魏氏组织具有较高的断裂韧性，较低的裂纹扩展速率，但塑性和疲劳性能低。第二类：网篮组织。网篮组织的断裂韧性强、持久强度高、抗蠕变性能好；但热稳定性

6、和疲劳性能较低。第三类：混合组织，亦叫双态组织。混合组织具有较高的抗拉强度，断裂韧性介于片状组织和等轴组织之问，且受初生α相的数量及尺寸的影响。第四类：等轴组织。等轴组织具有较高的塑性和疲劳性能，但断裂韧性和持久强度较低。(a)(c)图1.2α+β钛合金组织特征（a）魏氏组织，（b）网篮组织，（c）混合组织，（d）等轴组织其中，等轴组织呈球状，网篮组织和魏氏组织呈片状状；而混合组织既包含了球状也包含了片状。研究结果表明：与球状组织相比，片状组织的断面收缩率和伸长率均有较大幅度的下降，而抗拉强度和屈服强度的变化相对较小。球状组5万方数据南昌航空大学硕士学位论文第1章绪论织具有更高的疲劳

7、强度；片状组织具有较高的拉伸强度、持久强度和蠕变强度，且断裂韧性、断裂强度和裂纹扩展速率亦优于球状组织[32]。1.4钛合金锻造工艺一般来说，钛合金锻造具有以下几个特点：（1）钛合金的组织性能对锻造工艺参数十分敏感，锻造温度范围较窄。（2）钛合金的变形抗力对应变速率非常敏感。（3）钛合金锻造温度对变形抗力的影响较大。由于大多数钛合金的导热性能较差，易产生局部过热，引起坯料不同部位变形程度不均匀。（4）钛合金的变形行为对环境气氛很敏感[33,34]。1.5数